激光扫描测温装置及激光扫描系统的制作方法

本申请涉及激光扫描技术领域，特别是涉及一种激光扫描测温装置及激光扫描系统。

背景技术

激光扫描常用于三维打印，三维打印一般以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。

激光扫描过程中，通常需要检测工件上扫描区域的温度。例如在三维打印中，采用激光逐层扫描金属工件，激光对金属工件的加热作用会形成熔池，而检测及控制熔池温度能有效提高三维打印的质量。

传统激光扫描过程中，一般采用同轴测温方案或利用测温摄像机检测温度。采用同轴测温方案所测得的温度容易受到激光本身的热量影响，测温误差大。而测温摄像机是通过拍摄扫描区域的图像，基于图像检测温度，这种大面积检测的方式同样存在误差大的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对测温误差大的问题，提供一种提高测温准确性的激光扫描测温装置及激光扫描系统。

一种激光扫描测温装置，包括红外扫描振镜、红外测温仪和控制器，所述控制器连接所述红外扫描振镜；

所述控制器用于根据激光扫描装置的目标扫描位置对应的红外校准扫描位置发送红外扫描偏转指令至所述红外扫描振镜；所述红外校准扫描位置为所述红外扫描振镜将从所述红外测温仪的位置所发射的激光反射至被扫描平面的位置，所述红外校准扫描位置与对应的目标扫描位置的位置误差在预设误差范围内；

所述红外扫描振镜接收所述红外扫描偏转指令并偏转至所述红外校准扫描位置对应的红外扫描位置，将所述被扫描平面被所述激光扫描装置射出的激光扫描时辐射的红外光反射至所述红外测温仪；

所述红外测温仪根据所述红外光获取所述目标扫描位置对应的温度数据。

一种激光扫描系统，包括红外扫描振镜、红外测温仪、控制器和激光扫描装置，所述控制器连接所述红外扫描振镜和所述激光扫描装置；

所述控制器根据已存的目标扫描位置发送激光扫描偏转指令至所述激光扫描装置时，根据对应所述目标扫描位置的红外校准扫描位置发送红外扫描偏转指令至所述红外扫描振镜；所述红外校准扫描位置为所述红外扫描振镜将从所述红外测温仪的位置所发射的激光反射至被扫描平面的位置，所述红外校准扫描位置与对应的目标扫描位置的位置误差在预设误差范围内；

所述激光扫描装置接收所述激光扫描偏转指令并偏转至所述目标扫描位置对应的激光扫描位置，将激光射出至所述被扫描平面的所述目标扫描位置；

所述红外扫描振镜接收所述红外扫描偏转指令并偏转至所述红外校准扫描位置对应的红外扫描位置，将所述被扫描平面被所述激光扫描装置射出的激光扫描时辐射的红外光反射至所述红外测温仪；

所述红外测温仪根据所述红外光获取所述目标扫描位置对应的温度数据。

上述激光扫描测温装置和激光扫描系统，通过采用控制器根据激光扫描装置的目标扫描位置对应的红外校准扫描位置发送红外扫描偏转指令至红外扫描振镜，使得在激光扫描装置射出激光至被扫描平面的目标扫描位置时，红外扫描振镜偏转至红外校准扫描位置对应的红外扫描位置处，将被扫描平面被激光扫描时辐射的红外光传送至红外测温仪，从而红外测温仪根据红外光获取温度数据。一方面，在激光扫描之外进行独立测温，测温的光路与激光扫描的光路相互独立，测得的温度数据不会受激光本身温度的影响，准确性高。另一方面，红外扫描振镜在红外校准扫描位置对应的红外扫描位置处，可将激光反射至被扫描平面的红外校准扫描位置处，由光路的可逆性可知，红外扫描振镜在红外校准扫描位置对应的红外扫描位置处，也能将被扫描平面上红外校准扫描位置处的红外光反射至红外测温仪。因此，红外扫描振镜传送的红外光为目标扫描位置处的激光扫描时、红外校准扫描位置处的辐射光。而红外校准扫描位置与目标扫描位置的位置误差在预设误差范围内，因此，传送至红外测温仪的红外光能准确地反映激光当前的扫描位置的温度，测温准确性高。

附图说明

图1为一实施例中激光扫描测温装置的结构示意图；

图2为另一实施例中激光扫描测温装置的结构示意图；

图3为一实施例中激光扫描系统的结构示意图；

图4为另一实施例中激光扫描系统的结构示意图；

图5为又一实施例中激光扫描系统的结构示意图；

图6为一实施例中红外测温校准表a和激光打印校准表b的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，参考图1，提供了一种激光扫描测温装置，包括红外扫描振镜110、红外测温仪120和控制器130，控制器130连接红外扫描振镜110。其中，红外扫描振镜110是一种偏转位置可调的矢量扫描器件，用于对光束进行反射，具体可以是扫描振镜。调整红外扫描振镜110的偏转位置，即是调整红外扫描振镜110的镜片的偏转角度，从而调整反射后光束的偏向位置。

控制器130用于根据激光扫描装置200的目标扫描位置对应的红外校准扫描位置发送红外扫描偏转指令至红外扫描振镜110。其中，激光扫描装置200是用于射出激光、对待扫描的工件进行激光扫描的装置；激光扫描装置200可偏转移动，实现不同位置的激光扫描。如图1所示，激光扫描装置200对待扫描的工件进行激光扫描的平面为被扫描平面s。例如，对于三维打印，激光逐层扫描，则每一层对应一个被扫描平面s。其中，激光扫描装置200的目标扫描位置为激光扫描装置200当前需要将激光射出至被扫描平面s的位置；用户可以根据扫描需求将被扫描平面s上的待扫描点设置为目标扫描位置并预先存储。

具体地，可以由控制器130根据已存的目标扫描位置发送激光扫描偏转指令至激光扫描装置200；激光扫描偏转指令用于控制激光扫描装置200偏转至使激光射出到目标扫描位置的偏转位置。其中，激光扫描装置200在使激光射出到目标扫描位置时的偏转位置可以与目标扫描位置对应存储在控制器130内，从而控制器130可以根据目标扫描位置对应存储的激光扫描装置200的偏转位置生成激光扫描偏转指令。可以理解，也可以由另外的处理器控制激光扫描装置200射出激光至目标扫描位置，控制器130从处理器获取激光扫描装置200的目标扫描位置。

红外扫描振镜110对光束进行反射，可以将第一侧的光束反射至第二侧，也可以反向将第二侧的光束反射至第一侧。其中，红外校准扫描位置为红外扫描振镜110将从红外测温仪120的位置所发射的激光反射至被扫描平面s的位置。即，若是在红外测温仪120的位置处设置发射激光的测试激光器，则红外扫描振镜110可以将测试激光器发射的激光反射至被扫描平面s上红外校准扫描位置处。具体地，目标扫描位置与红外校准扫描位置可以预先对应存储在控制器130内；目标扫描位置和红外校准扫描位置的数量可以为多个，多个目标扫描位置各自对应一个红外校准扫描位置。红外校准扫描位置与对应的目标扫描位置的位置误差在预设误差范围内。

红外扫描振镜110接收红外扫描偏转指令并偏转至红外校准扫描位置对应的红外扫描位置，将被扫描平面s被激光扫描装置200射出的激光扫描时辐射的红外光反射至红外测温仪120。红外测温仪120根据红外光获取目标扫描位置对应的温度数据。

在激光扫描、采用红外测温仪120进行测温的工作过程中，光束的路径是从激光扫描装置200到被扫描平面s、到红外扫描振镜110再到红外测温仪120。红外扫描偏转指令用于控制红外扫描振镜110偏转至红外校准扫描位置对应的红外扫描位置。其中，红外校准扫描位置对应的红外扫描位置是红外扫描振镜110在使从红外测温仪120的位置所发射的激光反射至红外校准扫描位置时所处的偏转位置。红外校准扫描位置与红外扫描位置可以预先对应存储在控制器130内，从而控制器130可以根据红外校准扫描位置对应存储的红外扫描位置生成红外扫描偏转指令。

上述激光扫描测温装置，控制器130根据激光扫描装置200的目标扫描位置对应的红外校准扫描位置发送红外扫描偏转指令至红外扫描振镜110，使得在激光扫描装置200射出激光至被扫描平面s的目标扫描位置时，红外扫描振镜110偏转至红外校准扫描位置对应的红外扫描位置处，将被扫描平面s被激光扫描时辐射的红外光传送至红外测温仪120，从而红外测温仪120根据红外光获取温度数据。一方面，在激光扫描之外进行独立测温，测温的光路与激光扫描的光路相互独立，测得的温度数据不会受激光本身温度的影响，准确性高。另一方面，红外扫描振镜110在红外校准扫描位置对应的红外扫描位置处，可将激光反射至被扫描平面s的红外校准扫描位置处，由光路的可逆性可知，红外扫描振镜110在红外校准扫描位置对应的红外扫描位置处，也能将被扫描平面s上红外校准扫描位置处的红外光反射至红外测温仪120。因此，红外扫描振镜110传送的红外光为目标扫描位置处的激光扫描时、红外校准扫描位置处的辐射光。而红外校准扫描位置与目标扫描位置的位置误差在预设误差范围内，因此，传送至红外测温仪120的红外光能准确地反映激光当前的扫描位置的温度，测温准确性高。

在一个实施例中，控制器130可以同步发送激光扫描偏转指令至激光扫描装置200和发送红外扫描偏转指令至红外扫描振镜110。如此，红外扫描振镜110和激光扫描装置200可以同步偏转，可确保在激光的照射位置为目标扫描位置时，红外扫描振镜110可将红外校准扫描位置处的红外光反射至红外测温仪120，测得的温度数据准确性高。

在一个实施例中，目标扫描位置和红外校准扫描位置一致。即，激光扫描装置200发射激光至被扫描平面s的位置，与红外扫描振镜110将从红外测温仪120的位置所发射的激光反射至被扫描平面s的位置一致。如此，红外扫描振镜110能准确地将激光扫描处辐射的红外光传送至红外测温仪120，测得的温度数据能更准确反映激光扫描的温度，测温精度高。

在一个实施例中，红外扫描振镜110为带数字编码器的扫描振镜。带数字编码器的扫描振镜进行偏转移动时，偏转移动的位置更精确。如此，可以提高红外扫描振镜110的偏转精度，使红外扫描振镜110在接收到红外扫描偏转指令时，能准确偏转至红外校准扫描位置对应的红外扫描位置处。若目标扫描位置和红外校准扫描位置一致，则采用带数字编码器的扫描振镜，可最大限度的保证红外扫描振镜110需要传动的红外光和激光扫描装置200射出的激光反射至被扫描平面s的位置位于绝对相同位置。

在一个实施例中，参考图2，上述激光扫描测温装置还包括连接控制器130的红外聚焦器140，红外聚焦器140设置于红外扫描振镜110与红外测温仪120之间；红外扫描振镜110反射的红外光透过红外聚焦器140到达红外测温仪120。

红外聚焦器140用于聚焦以调节所透过的光束的光斑大小。具体地，控制器130可以调节红外聚焦器140的偏转位置，不同的偏转位置，红外聚焦器140调节的光斑大小不同。通过采用红外聚焦器140进行聚焦，可以根据用户需要调整红外光的光斑大小，使用便利性高。

在一个实施例中，控制器130发送红外扫描偏转指令至红外扫描振镜110时，根据相同红外校准扫描位置发送红外聚焦偏转指令至红外聚焦器140。红外聚焦器140接收红外聚焦偏转指令并偏转至红外校准扫描位置对应的聚焦位置。具体地，控制器130根据发送红外扫描偏转指令时依据的红外校准扫描位置，发送红外聚焦偏转指令至红外聚焦器140。例如，控制器130根据红外校准扫描位置a发送红外扫描偏转指令时，根据红外校准扫描位置a发送红外聚焦偏转指令。

其中，红外校准扫描位置对应的聚焦位置为红外聚焦器140在使红外校准扫描位置处的光斑大于对应目标扫描位置处的光斑时的偏转位置。其中，红外校准扫描位置处的光斑为在红外测温仪120的位置所发射的激光依次经过红外聚焦器140的聚焦和红外扫描振镜110的反射后到达红外校准扫描位置的光斑。对应目标扫描位置处的光斑为激光扫描装置200将激光射出至与红外校准扫描位置对应的目标扫描位置的光斑。具体地，红外校准扫描位置与聚焦位置可以预先对应存储在控制器130内，从而控制器130可以根据红外校准扫描位置对应存储的聚焦位置生成红外聚焦偏转指令。

在激光扫描的工作过程中红外光经过红外聚焦器140的光路，与从红外测温仪120的位置所发射激光经过红外聚焦器140的光路方向相反。从红外测温仪120的位置所发射激光经过红外聚焦器140的光路来看，红外聚焦器140偏转至红外校准扫描位置对应的聚焦位置时，红外校准扫描位置处的光斑大于对应目标扫描位置处的光斑；相应地，从反向的激光扫描的工作过程中的光路方向分析，红外聚焦器140偏转至红外校准扫描位置对应的聚焦位置时，红外扫描振镜110传送的红外光的光斑应大于激光扫描装置200反射至目标扫描位置处的光斑。因此，通过控制器130在发送红外扫描偏转指令至红外扫描振镜110时，发送红外聚焦偏转指令至红外聚焦器140，从而红外聚焦器140偏转至可使红外校准扫描位置处的光斑大于对应目标扫描位置处的光斑的偏转位置，可确保红外光的光斑大于激光的光斑，红外光的光斑可覆盖激光扫描的光斑，令辐射的红外光更多的入射进红外测温仪120，可以有较大的容错率，即使红外光的光斑与激光的光斑位置有偏差、不同心，测温的准确性也不会受到太大影响，测温准确性高。

红外校准扫描位置对应的聚焦位置、红外校准扫描位置对应的红外扫描位置均可以通过校准操作测得。在一个实施例中，控制器130在根据激光扫描装置200的目标扫描位置对应的红外校准扫描位置发送红外扫描偏转指令至红外扫描振镜110之前，还用于控制设置在红外测温仪120的位置处的测试激光器发射激光，调整红外聚焦器140和红外扫描振镜110的偏转位置，并记录在满足预设条件时红外聚焦器140和红外扫描振镜110的偏转位置，分别得到红外校准扫描位置对应的聚焦位置和红外扫描位置。

具体地，控制器130记录满足预设条件时红外聚焦器140的偏转位置，得到红外校准扫描位置对应的聚焦位置；控制器130记录满足预设条件时红外扫描振镜110的偏转位置，得到红外校准扫描位置对应的红外扫描位置。其中，预设条件为测试激光器发射的激光依次经过红外聚焦器140和红外扫描振镜110的反射到达红外校准扫描位置、且红外校准扫描位置处的光斑大于对应目标扫描位置处的光斑。

通过校准操作，记录使测试激光器发射的激光到达红外校准扫描位置且红外校准扫描位置处的光斑大于对应目标扫描位置处的光斑时、红外聚焦器140和红外扫描振镜110的偏转位置，可以得到红外校准扫描位置对应的聚焦位置和红外扫描位置，从而在激光扫描的工作过程，控制器130可以直接根据红外校准扫描位置对应的聚焦位置和红外扫描位置分别控制红外聚焦器140和红外扫描振镜110的偏转位置，使用便利。

可以理解，激光扫描装置200在使激光射出到目标扫描位置时的偏转位置同样可以通过校准操作记录。例如，控制器130调整激光扫描装置200的偏转位置，并记录在使激光射出到目标扫描位置时激光扫描装置200的偏转位置，得到激光扫描装置200在使激光射出到目标扫描位置时的偏转位置。

在一个实施例中，控制器130还连接红外测温仪120，例如如图2所示。红外测温仪120将目标扫描位置对应的温度数据发送至控制器130。控制器130根据温度数据和对应的目标扫描位置生成位置温度图像。

具体地，位置温度图像可以是用于反映各个目标扫描位置和温度数据的对应关系的图像，例如可以是以目标扫描位置为横轴、温度值为纵轴的曲线图。通过将温度数据发送至控制器130以生成位置温度图像，便于用户查看分析，直观性强。

在一个实施例中，控制器130还连接红外测温仪120。红外测温仪120将目标扫描位置对应的温度数据发送至控制器130。控制器130将目标扫描位置对应的温度数据与相同目标扫描位置对应的理论温度比较，根据比较结果生成激光功率调节信号。

其中，目标扫描位置对应的理论温度可以预先存储在控制器130内。比较结果包括三种：目标扫描位置对应的温度数据大于相同目标扫描位置对应的理论温度的结果、目标扫描位置对应的温度数据小于相同目标扫描位置对应的理论温度的结果、目标扫描位置对应的温度数据等于相同目标扫描位置对应的理论温度的结果。

控制器130根据比较结果生成的激光功率调节信号，用于调节激光扫描装置200射出的激光的功率，从而调节被扫描平面s的温度。如此，通过将实际测得的温度数据与理论温度比较，判断激光扫描的温度高低，根据比较结果可生成调节激光扫描温度的激光功率调节信号，便于实时调整激光功率，使激光扫描的温度符合要求，从而完成闭环控制，可提高工件烧结质量。

可以理解，在其他实施例中，控制器130既可以生成位置温度图像，又可以生成激光功率调节信号。

在一个实施例中，目标扫描位置的数量有多个。控制器130在完成扫描测温阶段后，根据各个目标扫描位置的温度数据生成温度反馈报告。如此，用户可通过温度反馈报告查看扫描的整体温度情况，便于进行质量管控以及故障判断。例如，当激光扫描测温装置用于三维打印时，通过生成温度反馈报告，用户可查看工件每一层的熔池温度数据。

在一个实施例中，参考图3，提供了一种激光扫描系统，包括红外扫描振镜110、红外测温仪120、控制器130和激光扫描装置150，控制器130连接红外扫描振镜110和激光扫描装置150。

控制器130根据已存的目标扫描位置发送激光扫描偏转指令至激光扫描装置150时，根据对应目标扫描位置的红外校准扫描位置发送红外扫描偏转指令至红外扫描振镜110。其中，红外校准扫描位置为红外扫描振镜110将从红外测温仪120的位置所发射的激光反射至被扫描平面s的位置。红外校准扫描位置与对应的目标扫描位置的位置误差在预设误差范围内。

激光扫描装置150接收激光扫描偏转指令并偏转至目标扫描位置对应的激光扫描位置，将激光射出至被扫描平面s的目标扫描位置。其中，目标扫描位置对应的激光扫描位置为激光扫描装置150在使激光射出到目标扫描位置时所处的偏转位置。目标扫描位置与激光扫描位置可以预先对应存储在控制器130内，从而控制器130可以根据目标扫描位置对应的激光扫描位置生成激光扫描偏转指令。

红外扫描振镜110接收红外扫描偏转指令并偏转至红外校准扫描位置对应的红外扫描位置，将被扫描平面s被激光扫描装置150射出的激光扫描时辐射的红外光反射至红外测温仪120。红外测温仪120根据红外光获取目标扫描位置对应的温度数据。

上述激光扫描系统，包括激光扫描装置150和前述的激光扫描测温装置。同理，可以提高激光扫描测温的准确性。

上述激光扫描系统中，关于红外扫描振镜110、红外测温仪120和控制器130的具体限定可以参见上文中激光扫描测温系统中的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，目标扫描位置和红外校准扫描位置一致。如此，红外扫描振镜110能准确地将激光扫描处辐射的红外光传送至红外测温仪120，测得的温度数据能更准确反映激光扫描的温度，测温精度高。

在一个实施例中，参考图4，激光扫描装置150包括激光扫描振镜151和扫描激光器152，扫描激光器152和激光扫描振镜151均连接控制器130。其中，扫描激光器152为用于发射激光的激光器。控制器130控制扫描激光器152发射激光，并根据目标扫描位置发送激光扫描偏转指令至激光扫描振镜151。激光扫描振镜151接收激光扫描偏转指令并偏转至目标扫描位置对应的激光扫描位置，将激光射出至被扫描平面s的目标扫描位置。

通过采用扫描激光器152发射激光、激光扫描振镜151将激光反射至被扫描平面s，可以方便有效地将激光射入被扫描平面s的目标扫描位置。可以理解，在其他实施例中，激光扫描装置150还可以是采用其他可以实现移动扫描的器件。

在一个实施例中，激光扫描振镜151为带数字编码器的扫描振镜。如此，可以提高激光扫描振镜151的偏转精度，使激光扫描振镜151在接收到激光扫描偏转指令时，能准确偏转至目标扫描位置对应的激光扫描位置处。

在一个实施例中，参考图5，激光扫描装置150还包括连接控制器130的激光聚焦器153，激光聚焦器153设置于扫描激光器152与激光扫描振镜151之间；扫描激光器152发射的激光透过激光聚焦器153到达激光扫描振镜151。

激光聚焦器153用于聚焦以调节所透过的光束的光斑大小。具体地，控制器130可以调节激光聚焦器153的偏转位置，不同的偏转位置，激光聚焦器153调节的光斑大小不同。通过采用激光聚焦器153进行聚焦，可以根据用户需要调整激光的光斑大小，使用便利性高。

上述激光扫描测温装置可以应用于三维打印，实现对三维打印的熔池温度检测，测温准确性高；对应地，上述激光扫描系统可以为三维打印的激光扫描系统。以下以一详细的实施例进行说明：

1、将红外测温仪120的位置处设置测试激光器。

2、按照三维打印的正常校准方法，分别将红外测温路径的红外扫描振镜110和红外聚焦器140、激光打印路径的激光扫描振镜151和激光聚焦器153进行校准，得到如图6所示的红外测温校准表a和激光打印校准表b。其中，a11、a12、a13、a21、a22、a23、……、an,n分别表示为在各个红外校准扫描位置处包括红外扫描振镜110和红外聚焦器140的偏转位置的位置信息点，b11、b12、b13、b21、b22、b23、……、bn,n分别表示为在各个目标扫描位置处包括激光扫描振镜151和激光聚焦器153的偏转位置的位置信息点。经过校准后，两个校准表在被扫描平面s上对应的位置一致，即，目标扫描位置与红外校准扫描位置一致，实际扫描误差控制在三维打印可接受的范围内。

3、将测试激光器更换成红外测温仪120，更换前后保证红外测温路径光路中心位置不变。

4、整个激光扫描系统正常工作时，控制器130向激光扫描振镜151发送激光打印校准表b的数据，向红外扫描振镜110发送对应相同位置的红外测温校准表a的数据。激光扫描振镜151和红外扫描振镜110即可聚焦在被扫描平面s上的同一点。扫描激光器152发出的激光经过激光聚焦器153和激光扫描振镜151后在被扫描平面s上形成高温熔池。由于红外扫描振镜110和激光扫描振镜151的光斑位置始终一致，因此，熔池发出的红外光经过红外扫描振镜110、红外聚焦器140后，进入红外测温仪120。红外测温仪120将采集得到的温度数据发送至控制器130，控制器130将温度数据与扫描的位置相关联，即可得到每个扫描点的温度数据。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。